JP5382368B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本願発明は、過給機によって加圧された吸気を冷却するためのインタークーラを備えたエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control apparatus including an intercooler for cooling intake air pressurized by a supercharger.
過給機(ターボチャージャ等)を備えたエンジンは、一般的に、過給機によって加圧された吸気を冷却するためのインタークーラを吸気通路に備えている。また過給機を備えたエンジンには、排ガスの一部を吸気通路に環流させて新気と共に再燃焼させる排気再循環(EGR)装置を備えたものがある。 An engine including a supercharger (such as a turbocharger) generally includes an intercooler in an intake passage for cooling the intake air pressurized by the supercharger. Some engines equipped with a supercharger include an exhaust gas recirculation (EGR) device that recirculates a part of exhaust gas to an intake passage and reburns it with fresh air.
このような構成のエンジンでは、インタークーラ内において吸気を冷却する際に水分が凝縮されて凝縮水が生成される。排気再循環により吸気通路に供給されるEGRガスは温度が比較的高いこともあり水分が水蒸気として比較的多く含まれている。このためEGRガスを含む吸気の場合、特に、インタークーラ内において凝縮水が生成され易い。そして、この凝縮水が燃焼室内に一気に流れ込むと、いわゆるウォータハンマ現象等の発生によってエンジンが損傷してしまう虞がある。このため、インタークーラ内で凝縮水の生成量は、極力少ないことが好ましい。 In the engine having such a configuration, when the intake air is cooled in the intercooler, moisture is condensed and condensed water is generated. The EGR gas supplied to the intake passage by the exhaust gas recirculation has a relatively high temperature and contains a relatively large amount of moisture as water vapor. For this reason, in the case of intake air including EGR gas, condensed water tends to be generated particularly in the intercooler. If this condensed water flows into the combustion chamber at once, there is a risk that the engine may be damaged due to the occurrence of a so-called water hammer phenomenon. For this reason, it is preferable that the amount of condensed water generated in the intercooler is as small as possible.
凝縮水の生成を抑制するために、例えば、排ガスの一部を環流させるためのEGR通路にEGRクーラを設けてEGRガスを冷却し、EGRクーラを通過するEGRガス中の水分量が、水蒸気の状態で存在可能な最大量がインタークーラを通過するEGRガス中の水分が水蒸気の状態で存在可能な最大量よりも小さくなるように、EGRクーラから流出するEGRガスの温度や量を調整するようにしたものがある(特許文献1参照)。 In order to suppress the generation of condensed water, for example, an EGR cooler is provided in an EGR passage for circulating a part of exhaust gas to cool the EGR gas, and the amount of water in the EGR gas passing through the EGR cooler The temperature and amount of the EGR gas flowing out from the EGR cooler are adjusted so that the maximum amount that can exist in the state is smaller than the maximum amount that can exist in the state of water vapor in the EGR gas that passes through the intercooler. (See Patent Document 1).
ところで、理論上はインタークーラ出口での吸気の相対湿度が1.0を超えると凝縮水が生成され始めることになる。したがって、インタークーラ内で凝縮水が生成されないようにするためには、理論上、インタークーラ出口での吸気の相対湿度が1.0未満となるようにする必要がある。例えば、特許文献1に係る発明においても、インタークーラ出口での吸気の相対湿度が1.0未満となるようにEGRガスの温度や量が制御されていると考えられる。このようにEGRガスの温度や量を制御すれば凝縮水の生成を防止することはできる。
Theoretically, when the relative humidity of the intake air at the intercooler outlet exceeds 1.0, condensed water starts to be generated. Therefore, in order to prevent the condensed water from being generated in the intercooler, it is theoretically necessary that the relative humidity of the intake air at the intercooler outlet be less than 1.0. For example, in the invention according to
上述のように吸気の相対湿度が1.0未満となるようにするために、例えば、EGRガスの量を大幅に減らすことが考えられる。これにより凝縮水の生成を防止することはできる。しかしながら、それに伴いNOxの排出量が増加してしまうため、EGRガスの制限は最小限に抑えることが望ましい。また、例えば、インタークーラの冷却効率を大幅に低減することによっても、吸気の相対湿度を抑えることはできる。しかしながら、吸気マニホールド内の温度上昇による排ガスの悪化や、インタークーラの容量低減による出力の低下等の問題が生じる虞がある。 In order to make the relative humidity of the intake air less than 1.0 as described above, for example, it is conceivable to significantly reduce the amount of EGR gas. Thereby, the production | generation of condensed water can be prevented. However, since NOx emission increases accordingly, it is desirable to limit the limit of EGR gas to a minimum. Further, for example, the relative humidity of the intake air can be suppressed by significantly reducing the cooling efficiency of the intercooler. However, there is a possibility that problems such as deterioration of exhaust gas due to temperature rise in the intake manifold and reduction in output due to reduction in intercooler capacity may occur.
したがって、インタークーラ出口での吸気の相対湿度は、凝縮水が生成されない程度に可及的に大きい値に維持されていることが好ましい。 Therefore, it is preferable that the relative humidity of the intake air at the intercooler outlet is maintained as high as possible so that condensed water is not generated.
ここで、本願発明者は、インタークーラにおける凝縮水の生成について誠意研究を重ねた結果、インタークーラ出口での吸気の相対湿度が1.0を超えても所定範囲内であれば、凝縮水が水滴としては生成されないことを知見した。すなわち相対湿度が1.0を超えても所定範囲内であれば、凝縮水は生成されないか、生成されていたとしても水滴にはならない程度(インタークーラ内に溜まることがない程度)の微量であることを知見した。さらに本願発明者は、凝縮水が水滴として生成されない上記所定範囲が、インタークーラ内を通過する際の吸気の流量(流速)に応じて変化することを知見した。 Here, the inventors of the present application have conducted sincere research on the generation of condensed water in the intercooler. As a result, if the relative humidity of the intake air at the intercooler outlet exceeds 1.0, the condensed water It was found that water droplets were not generated. That is, if the relative humidity exceeds 1.0 and is within a predetermined range, condensed water is not generated, or even if it is generated, it is a trace amount that does not form water droplets (so that it does not accumulate in the intercooler). I found out that there was. Furthermore, the inventor of the present application has found that the predetermined range in which condensed water is not generated as water droplets changes according to the flow rate (flow velocity) of intake air when passing through the intercooler.
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつインタークーラ内で生成される凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such knowledge, and it is possible to prevent engine damage due to condensed water generated in the intercooler while suppressing problems such as deterioration of exhaust gas. The purpose is to provide.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、吸気を過給する過給機よりも下流側の吸気通路に設けられるインタークーラを備えるエンジンを制御するエンジンの制御装置であって、前記インタークーラ出口における吸気の水蒸気圧に基づいて当該吸気の相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、前記インタークーラを通過する吸気の流量に基づいて、当該インタークーラ内に凝縮水の液滴が生成され始める値である前記相対湿度の限界値を設定する限界値設定手段と、前記相対湿度算出手段によって算出された相対湿度が前記限界値設定手段によって設定された相対湿度の限界値を超えないように前記インタークーラに吸気を流入させる吸気制御手段と、を備え、前記相対湿度の限界値は、1.0よりも大きく、且つ、前記インタークーラを通過する吸気の流量が増加するに伴って大きくなる値であることを特徴とするエンジンの制御装置にある。 A first aspect of the present invention that solves the above problem is an engine control device that controls an engine including an intercooler provided in an intake passage downstream of a supercharger that supercharges intake air. Relative humidity calculation means for calculating the relative humidity of the intake air based on the water vapor pressure of the intake air at the cooler outlet, and droplets of condensed water are generated in the intercooler based on the flow rate of the intake air passing through the intercooler. Limit value setting means for setting a limit value of the relative humidity, which is a starting value, and the relative humidity calculated by the relative humidity calculation means so as not to exceed the limit value of the relative humidity set by the limit value setting means. Intake control means for causing intake air to flow into the intercooler, wherein the limit value of the relative humidity is greater than 1.0, and the intercooler is The control apparatus for an engine, wherein the flow rate of intake air over that is larger value with the increase.
かかる第1の態様では、吸気の相対湿度を1.0よりも大きい値としても、インタークーラ内における凝縮水の生成を実質的に防止できる。したがって、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつ凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができる。 In the first aspect, the generation of condensed water in the intercooler can be substantially prevented even when the relative humidity of the intake air is set to a value larger than 1.0. Therefore, it is possible to prevent engine damage due to condensed water while suppressing problems such as deterioration of exhaust gas.
本発明の第2の態様は、前記過給機よりも下流側の排気通路と前記過給機よりも上流側の前記吸気通路とを接続するEGR流路を備え、前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記EGR流路から前記吸気通路に供給されるEGRガス量を変化させることを特徴とする第1の態様のエンジンの制御装置にある。 A second aspect of the present invention includes an EGR flow path that connects an exhaust passage downstream of the supercharger and the intake passage upstream of the supercharger, and the intake control means includes: The engine control apparatus according to the first aspect is characterized in that the amount of EGR gas supplied from the EGR flow path to the intake passage is changed so that the relative humidity does not exceed the limit value.
かかる第2の態様では、EGRガス量を変化させること、インタークーラでの凝縮水の生成をより確実に効率的に抑制することができる。 In the second aspect, it is possible to more reliably and efficiently suppress the generation of condensed water in the intercooler by changing the amount of EGR gas.
本発明の第3の態様は、前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記インタークーラの冷却効率を変化させることを特徴とする第1又は2の態様のエンジンの制御装置にある。 According to a third aspect of the present invention, in the engine according to the first or second aspect, the intake air control means changes the cooling efficiency of the intercooler so that the relative humidity does not exceed the limit value. In the control unit.
かかる第3の態様では、インタークーラの冷却効率を変化させることで、インタークーラでの凝縮水の生成をより確実に効率的に抑制することができる。 In this 3rd aspect, the production | generation of the condensed water in an intercooler can be suppressed more reliably and efficiently by changing the cooling efficiency of an intercooler.
かかる本発明では、インタークーラ出口における吸気の相対湿度を1.0よりも大きい値としても、インタークーラにおける凝縮水の生成を実質的に防止できる。すなわち、従来に比べて吸気の相対湿度を高く維持しつつ、凝縮水の生成を実質的に防止できる。したがって、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつ凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができる。 In this invention, even if the relative humidity of the intake air at the intercooler outlet is set to a value larger than 1.0, the generation of condensed water in the intercooler can be substantially prevented. That is, it is possible to substantially prevent the generation of condensed water while maintaining the relative humidity of the intake air higher than in the past. Therefore, it is possible to prevent engine damage due to condensed water while suppressing problems such as deterioration of exhaust gas.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム10は、直列に配置された4つの気筒(燃焼室)11を備える直列4気筒のディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」という)12を備える。各気筒11の吸気ポート(図示なし)には、吸気マニホールド13が接続され、吸気マニホールド13には吸気管(吸気通路)14が接続されている。一方、各気筒11の排気ポート(図示なし)には、排気マニホールド15が接続され、排気マニホールド15には排気管(排気通路)16が接続されている。
As shown in FIG. 1, an
また各気筒11に対応して燃料を噴射するためのインジェクタ(燃料噴射弁)17が設けられており、各インジェクタ17はそれぞれコモンレール18に接続されている。なおコモンレール18には、図示しないがサプライポンプ(高圧ポンプ)を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料が圧送され、コモンレール18内の高圧の燃料がインジェクタ17から各気筒11内に噴射されるようになっている。
In addition, an injector (fuel injection valve) 17 for injecting fuel is provided corresponding to each
吸気管14及び排気管16の途中には、ターボチャージャ(過給機)19が設けられている。ターボチャージャ19は、エンジン12から排ガスが流れ込むと、排ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管14からターボチャージャ19内に空気が吸い込まれて加圧されるようになっている。
A turbocharger (supercharger) 19 is provided in the middle of the
ターボチャージャ19の上流側の吸気管14には、エアクリーナ20と、第1のスロットルバルブ21と、が設けられている。エアクリーナ20には吸気の湿度を検出する湿度センサ22が設けられている。なお第1のスロットルバルブ21は、エアクリーナ20を通過した新気の量(新気量)を調整すると共に、この調整によって、後述する低圧EGR管を介して吸気管14に導入される排ガス量(低圧EGRガス量)を間接的に調整する。またエアクリーナ20の下流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ23が設けられている。このエアフローセンサ23は、本実施形態では温度検出機能を備えており、吸気流量と共に吸気温度を検出する。
The
ターボチャージャ19の下流側の吸気管14には、ターボチャージャ19での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ24が配されている。インタークーラ24の出口付近には、吸気の温度を検出する温度検出手段である温度センサ25が設けられている。インタークーラ24の下流側の吸気管14には、電動アクチュエータの駆動により吸気管14を開閉する第2のスロットルバルブ26が設けられている。
An
第2のスロットルバルブ26は、インタークーラ24を通過した吸気量(新気量+低圧EGRガス量)を調整するとともに、この調整によって、後述する高圧EGR管を介して吸気管14に導入される排ガス量(高圧EGRガス量)を間接的に調整する。
The
吸気管14の第2のスロットルバルブ26よりも下流側には、高圧の排ガス(高圧EGRガス)が環流する高圧EGR管27の一端が接続されている。高圧EGR管27の他端は、排気管16のターボチャージャ19よりも上流側に接続されている。高圧EGR管27には高圧EGRクーラ28が設けられ、高圧EGR管27の吸気管14との接続部分には高圧EGR弁29が設けられている。この高圧EGR弁29が開弁することで、排気管16のターボチャージャ19よりも上流側を流れる高圧の排ガスの一部が高圧EGR管27に流れ込み、高圧EGRクーラ28によって冷却された後、吸気管14に供給されるようになっている。
One end of a high-
なお吸気管14の高圧EGR管27よりも下流側には、吸気の空燃比を検出する空燃比検出手段であるリニア空燃比センサ(LAFS)30が設けられている。吸気マニホールド13には、その内部の圧力を検出する圧力検出手段であるブースト圧センサ31が設けられている。
A linear air-fuel ratio sensor (LAFS) 30 that is an air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio of the intake air is provided downstream of the high-
また排気管16のターボチャージャ19よりも下流側には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒(以下、単に「酸化触媒」という)32と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter:以下、「DPF」と称する)33とが上流側から順に配されている。
Further, on the downstream side of the
排気管16のターボチャージャ19よりも下流側、本実施形態ではDPF33の下流側には、低圧の排ガスの一部(低圧EGRガス)が環流する低圧EGR管34の一端が接続されている。低圧EGR管34の他端は、ターボチャージャ19とスロットルバルブ21との間で、吸気管14に接続されている。この低圧EGR管34には、高圧EGR管27の場合と同様に、低圧EGRクーラ35及び低圧EGR弁36が設けられている。そして低圧EGR弁36が開弁することで、排気管16のターボチャージャ19よりも下流側を流れる低圧の排ガスの一部(低圧EGRガス)が低圧EGRクーラ35によって冷却されて吸気管14に供給されるようになっている。
One end of a low-
また低圧EGR管34の両端部には、差圧検出手段である差圧センサ37が設けられている。この差圧センサ37は、吸気管14のターボチャージャ19よりも上流側の圧力と、排気管16のターボチャージャ19よりも下流側の圧力との差圧を検出する。すなわち差圧センサ37の検出結果から低圧EGR管34を流れる低圧EGRガスの流速や流量等が求められる。
Further,
また、このようなエンジンシステム10をエンジン12は、ECU(電子コントロールユニット)40によって制御されている。ECU40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等で構成され、上記の各種センサからの信号に基づいてエンジン12の総合的な制御を行う。すなわち本実施形態に係るエンジン12の制御装置は、このようなECU40と各種センサ類とによって構成されている。
The
ECU40の入力側には、上述したエアフローセンサ23、LAFS30、ブースト圧センサ31、湿度センサ22、温度センサ25、差圧センサ37の他、エンジン12のクランク角を検出するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。一方、ECU40の出力側には、インジェクタ17、第1及び第2のスロットルバルブ21,26、高圧EGR弁29及び低圧EGR弁36等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、上記のような各種センサ類によって検出された検出情報に基づきECU40で演算された燃料噴射量、バルブ開度等の各種情報がそれぞれ出力される。
On the input side of the
そして、このようなECU40と各種センサ類とで構成される本実施形態に係るエンジンの制御装置では、エンジン12の運転状態に応じた所望の空燃比となるようにインジェクタ17の開弁時期等を制御すると共に、以下に詳述するように、第1及び第2のスロットルバルブ21,26や、高圧及び低圧EGR弁29,36等の作動を適宜制御することで、インタークーラ24における凝縮水の生成を効率的に抑制している。
In the engine control apparatus according to the present embodiment configured by such an
以下、本実施形態に係るエンジンの制御装置によるインタークーラにおける凝縮水の生成を抑制する制御(凝縮水抑制制御)について説明する。図2に示すように、ECU40は、空燃比制御手段41と、相対湿度算出手段42と、限界値設定手段43と、吸気制御手段44とを備えている。
Hereinafter, the control (condensed water suppression control) which suppresses the production | generation of the condensed water in the intercooler by the control apparatus of the engine which concerns on this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 2, the
空燃比制御手段41は、吸気の空燃比が所定値になるように燃料噴射弁量を制御する。本実施形態では、空燃比制御手段41は、エンジン12の運転状態に応じた吸気の目標空燃比を設定し、LAFS30の検出結果に基づいて、実際の吸気の空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ17から噴射される燃料の量を適宜制御する。
The air-fuel ratio control means 41 controls the fuel injection valve amount so that the air-fuel ratio of the intake air becomes a predetermined value. In the present embodiment, the air-fuel ratio control means 41 sets the target air-fuel ratio of the intake air according to the operating state of the
相対湿度算出手段42は、インタークーラ24の出口付近における吸気の相対湿度を算出する。吸気の相対湿度とは、インタークーラ24の出口付近における吸気に含まれる水蒸気圧(Y)と、飽和水蒸気圧(X)との比(Y/X)で表される値である。
The relative humidity calculating means 42 calculates the relative humidity of the intake air near the outlet of the
ここで、吸気の相対湿度(Y/X)の算出方法の一例について説明する。 Here, an example of a method for calculating the relative humidity (Y / X) of the intake air will be described.
まず飽和水蒸気圧(X)は、温度センサ25の検出結果に基づいて、例えば、図3に示すような温度と飽和水蒸気圧との関係を規定した所定のマップから求められる。
First, the saturated water vapor pressure (X) is obtained based on the detection result of the
一方、水蒸気圧(Y=PH2O_IC)は、インタークーラ通過水分量(MH2O_IC[mg/st])と、インタークーラガス量(MIC[mg/st])と、吸気マニホールド圧(PIM[kPa])とから、下記式(1)によって算出される。なお本実施形態では、水のモル質量(GH2O)は18[g/mol]とし、外気(空気)のモル質量(GAIR)は28.8[g/mol]としている。
PH2O_IC=(MH2O_IC/18)/(MIC/28.8)×PIM (1)
On the other hand, the water vapor pressure (Y = P H2O_IC ) includes the intercooler passage water amount (M H2O_IC [mg / st]), the intercooler gas amount (M IC [mg / st]), and the intake manifold pressure (P IM [ kPa]) and the following equation (1). In this embodiment, the molar mass (G H2O ) of water is 18 [g / mol], and the molar mass (G AIR ) of outside air (air) is 28.8 [g / mol].
P H2O_IC = (M H2O_IC / 18) / (M IC /28.8)×P IM (1)
ここで、吸気マニホールド圧(PIM)は、ブースト圧センサ31によって検出される。またインタークーラ通過水分量(MH2O_IC[mg/st])は、外気(空気)の水分量(MH2O_AIR[mg/st])と低圧EGRガスの水分量(M(n)H2O_EGR[mg/st]とから、下記式(2)によって算出される。
MH2O_IC=MH2O_AIR+M(n)H2O_EGR (2)
Here, the intake manifold pressure (P IM ) is detected by the
M H2O_IC = M H2O_AIR + M (n) H2O_EGR (2)
外気の水分量(MH2O_AIR)は、空気(外気)の密度(ρa [kg/m3])と、飽和水蒸気の密度(ρws [kg/m3])と、外気相対湿度(RH[%])と、吸入空気量(MAIR[mg/st])とから、下記式(3)によって算出される。
MH2O_AIR=(ρws/ρa)×(RH/100)×MAIR (3)
The moisture content of the outside air (M H2O_AIR ) includes the density of air (outside air) (ρ a [kg / m 3 ]), the density of saturated water vapor (ρ ws [kg / m 3 ]), and the relative humidity of the outside air (RH [RH [ %]) And the intake air amount (M AIR [mg / st]).
M H2O_AIR = (ρ ws / ρ a ) × (RH / 100) × M AIR (3)
飽和水蒸気の密度(ρws)は、エアフローセンサ23の検出結果(外気温)に基づいて所定のマップ等から算出される。また外気相対湿度(RH)は、湿度センサ22によって検出され、吸入空気量(MAIR)はエアフローセンサ23によって検出される。
The density (ρ ws ) of the saturated water vapor is calculated from a predetermined map or the like based on the detection result (outside air temperature) of the
低圧EGRガスの水分量(M(n)H2O_EGR[mg/st])は、排ガス中の水分質量割合(RH2O_EX)と、全低圧EGRガス質量(MEGR[mg/st])とから、下記式(4)によって算出される。
M(n)H2O_EGR=RH2O_EX×MEGR (4)
The moisture content of the low-pressure EGR gas (M (n) H2O_EGR [mg / st]) is calculated from the moisture mass ratio (R H2O_EX ) in the exhaust gas and the total low-pressure EGR gas mass (M EGR [mg / st]) as follows : Calculated by equation (4).
M (n) H2O_EGR = R H2O_EX × M EGR (4)
また排ガス中の水分質量割合(RH2O_EX)は、排ガスの水分量(MH2O_EX[mg/st])と排ガスの質量(MEX[mg/st])とから、下記式(5)によって算出される。
RH2O_EX=MH2O_EX/MEX (5)
The moisture mass ratio (R H2O_EX ) in the exhaust gas is calculated from the moisture content of the exhaust gas (M H2O_EX [mg / st]) and the mass of the exhaust gas (M EX [mg / st]) by the following equation (5). The
R H2O_EX = M H2O_EX / M EX (5)
排ガスの水分量(MH2O_EX)は、前回算出された低圧EGRガスの水分量(M(n−1)H2O_EGR)と、外気の水分量(MH2O_AIR)と、筒内における燃焼時に生成される水分量(燃焼生成水分量:MH2O_BURN)とを合計した値であり、下記式(6)で表される。
MH2O_EX=M(n−1)H2O_EGR+MH2O_AIR+MH2O_BURN (6)
The moisture content of the exhaust gas (M H2O_EX ) includes the moisture content of the low-pressure EGR gas calculated previously (M (n−1) H2O_EGR ), the moisture content of the outside air (M H2O_AIR ), and moisture generated during combustion in the cylinder. This is a value obtained by summing the amount (combustion water content: M H2O_BURN ), and is represented by the following formula (6).
M H2O_EX = M (n-1) H2O_EGR + M H2O_AIR + M H2O_BURN (6)
排ガスの質量(MEX)は、吸入空気量(MAIR)と、インジェクタ17から各筒内に投入される投入燃料量(MFUEL)と、低圧EGRガスの質量(MEGR)とを合計した値であり、下記式(7)で表される。
MEX=MAIR+MFUEL+MEGR (7)
The mass of the exhaust gas (M EX ) is the sum of the amount of intake air (M AIR ), the amount of injected fuel (M FUEL ) introduced into each cylinder from the
M EX = M AIR + M FUEL + M EGR (7)
なお吸入空気量(MAIR)は、エアフローセンサ23によって検出され、投入燃料量(MFUEL)は、空燃比制御手段41によって設定される目標燃料噴射量であり、低圧EGRガスの質量(MEGR)は、下記式(8)によって算出される。
MEGR=[S×(2×ΔP×ρa)^0.5]/(2×Ne) (8)
(S:低圧EGR弁開度に応じた等価開口面積、ΔP:差圧(差圧センサの検出結果)、ρa:空気密度、Ne:エンジン回転数)
The intake air amount (M AIR ) is detected by the
M EGR = [S × (2 × ΔP × ρ a ) ^ 0.5] / (2 × Ne) (8)
(S: equivalent opening area according to low-pressure EGR valve opening, ΔP: differential pressure (detection result of differential pressure sensor), ρ a : air density, Ne: engine speed)
そして上記式(4)〜(7)より、低圧EGRガスの水分量(M(n)H2O_EGR)は、下記式(9)で表されることになる。
M(n)H2O_EGR=[(MH2O_AIR+MH2O_BURN)/(MAIR+MFUEL)]×MEGR (9)
From the above formulas (4) to (7), the water content (M (n) H2O_EGR ) of the low-pressure EGR gas is represented by the following formula (9).
M (n) H2O_EGR = [(M H2O_AIR + M H2O_BURN ) / (M AIR + M FUEL )] × M EGR (9)
また燃焼生成水分量(MH2O_BURN)は、使用燃料をCH比1.875のC16H30と仮定して、下記式(10)によって算出する。なお使用燃料のモル質量(GC16H30)を222[g/mol]とし、水のモル質量(GH2O)を18[g/mol]とする。この値は、使用する燃料性状に応じて適宜変化させてもよい。
MH2O_BURN=15×(GH2O/GC16H30)×MFUEL (10)
Further, the amount of combustion generated water (M H2O_BURN ) is calculated by the following formula (10) assuming that the fuel used is C 16 H 30 with a CH ratio of 1.875. The molar mass (G C16H30 ) of the fuel used is 222 [g / mol], and the molar mass of water (G H2O ) is 18 [g / mol]. This value may be appropriately changed according to the fuel properties to be used.
M H2O_BURN = 15 × (G H2O / G C16H30 ) × M FUEL (10)
そして、上記式(1)〜式(10)によって、インタークーラ24の出口付近における吸気に含まれる水蒸気圧(Y=PH2O_IC)が算出され、算出された上記水蒸気圧(Y)と、飽和水蒸気圧(X)とから、インタークーラ24の出口付近における相対湿度(Y/X)が算出される。
Then, the water vapor pressure (Y = P H2O_IC ) included in the intake air near the outlet of the
限界値設定手段43は、インタークーラ24を通過する吸気の流量に基づいて、インタークーラ24内に凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度(Y/X)の限界値を設定する。換言すれば、限界値設定手段43は、凝縮水の水滴が生成されない範囲の上限値を設定する。なお凝縮水の水滴が生成されないとは、凝縮水が生成されないか、生成されていたとしても水滴にはならない程度(インタークーラ内に溜まることがない程度)の微量であることを言う。
The limit value setting means 43 sets a limit value of relative humidity (Y / X) at which condensed water droplets start to be generated in the
さらに限界値設定手段43が設定する相対湿度の限界値は、1.0よりも大きく、且つ、インタークーラ24を通過する吸気の流量が増加するに伴って大きくなる値である。
Further, the limit value of the relative humidity set by the limit value setting means 43 is a value that is larger than 1.0 and increases as the flow rate of the intake air passing through the
ここで、理論上は吸気の相対湿度が1.0よりも大きくなると凝縮水が生成されるはずであるが、本願発明者は、インタークーラ24出口での吸気の相対湿度が1.0を超えても所定範囲内であれば、凝縮水が水滴としては生成されないことを知見した。本願発明は、このような知見に基づくものであり、従来技術とは相違する全く新規なものである。
Theoretically, condensed water should be generated when the relative humidity of the intake air becomes higher than 1.0. However, the inventor of the present application has the relative humidity of the intake air at the outlet of the
なお、相対湿度の限界値の設定は、エアフローセンサ23の検出結果と、例えば、図4に示すようなインタークーラ24を通過する吸気の流量とインタークーラ24内に凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度との関係を規定した所定のマップとに基づいて行われる。
The relative humidity limit value is set based on the detection result of the
吸気制御手段44は、相対湿度算出手段42によって算出された相対湿度(Y/X)が、限界値設定手段43によって設定された限界値を超えないようにインタークーラ24に吸気を流入させる。例えば、本実施形態に係る吸気制御手段44は、低圧EGR管34を介して吸気管14に環流される低圧EGRガス量を変化させる制御を行うことで、相対湿度(Y/X)が限界値を超えないようにインタークーラ24に吸気を流入させている。
The intake
このように相対湿度の限界値を超えないようにインタークーラ24に吸気を流入させることにより、インタークーラにおける凝縮水の生成を効率的に防止することができる。すなわち相対湿度の限界値に応じてインタークーラ24に流入させる吸気の流量(流速)を適宜調整することにより、インタークーラ24出口における吸気の相対湿度を1.0よりも大きい値としても、インタークーラにおける凝縮水の生成を実質的に防止することができる。したがって、排ガスの悪化等の問題を抑制しつつ凝縮水によるエンジンの損傷を防止することができる。
In this way, by causing the intake air to flow into the
なお吸気制御手段44は、低圧EGRガス量の制御に加えて、或いは低圧EGRガス量の制御に代えて、インタークーラ24の冷却効率を変化させる制御を行うことようにしてもよい。すなわち吸気制御手段44は、相対湿度が限界値を超えない程度にインタークーラ24の冷却効率を高めるようにしてもよい。なおインタークーラ24の冷却効率を変化させる方法は、特に限定されないが、例えば、インタークーラ24に熱交換器の面積を変化させるためのシャッタを設けておき、このシャッタの開閉により冷却効率を変化させることができる。
The intake air control means 44 may perform control for changing the cooling efficiency of the
以下、図5のフローチャートを参照して本実施形態に係るインタークーラにおける凝縮水抑制制御についてさらに説明する。 Hereinafter, the condensed water suppression control in the intercooler according to the present embodiment will be further described with reference to the flowchart of FIG.
図5に示すように、まずエンジン12が始動されると、ステップS1でエアクリーナ20に設けられている湿度センサ22によって外気湿度が検出される。ステップS2では、吸気温度が検出され、ステップS3では新気流量が検出される。本実施形態では、エアフローセンサ23が温度検出機能を備えているため、エアフローセンサ23によって吸気温度及び新気流量が検出される。
As shown in FIG. 5, when the
次いでステップS4で吸気の水分量(MH2O_AIR)が算出される。具体的には、まずはステップS2で検出された吸気温度から、上述したように図3に示すようなマップに基づいて飽和水蒸気圧MST_AIRが算出される。そしてこの飽和水蒸気圧MST_AIRと、ステップS3で検出された吸気流量MAIRと、ステップS1で検出された外気湿度RHとから、上記式(3)によって吸気の水分量(MH2O_AIR)が算出される。 Next, in step S4, the amount of moisture in the intake air (M H2O_AIR ) is calculated. Specifically, first, the saturated water vapor pressure M ST_AIR is calculated based on the map as shown in FIG. 3 as described above from the intake air temperature detected in step S2. Then, from this saturated water vapor pressure M ST_AIR , the intake air flow rate M AIR detected in step S3, and the outside air humidity RH detected in step S1, the intake water amount (M H2O_AIR ) is calculated by the above equation (3). The
ステップS5では、燃料噴射量が検出される。ここで検出される燃料噴射量は、上述のように空燃比制御手段41によって設定される目標燃料噴射量である。インジェクタ17から噴射される燃料噴射量は、エンジン12の運転状態に応じてフィードバック制御されており、目標燃料噴射量とは、このフィードバック制御において設定される値である。
In step S5, the fuel injection amount is detected. The fuel injection amount detected here is the target fuel injection amount set by the air-fuel ratio control means 41 as described above. The fuel injection amount injected from the
ステップS6では、低圧EGRガス量が上記式(8)によって算出される。ステップS7では、温度センサ25によってインタークーラ24の出口付近における吸気の温度が検出される。またステップS8では、ブースト圧センサ31によって吸気マニホールド13内の圧力(インマニ圧)が検出される。なお吸気温の検出方法は、温度センサ25によって直接検出する方法に限定されず、例えば、外気の温度や、排ガスの温度等に基づいて推定する方法であってもよい。
In step S6, the low pressure EGR gas amount is calculated by the above equation (8). In step S7, the temperature of the intake air near the outlet of the
ステップS9では、インタークーラ24の出口付近における吸気の飽和水蒸気圧(X)が算出され、ステップS10ではインタークーラ24の出口付近における吸気の水蒸気圧(Y)が算出される。そしてステップS11では、ステップS9及びステップS10の算出結果に基づいて、インタークーラ24の出口付近における吸気の相対湿度(Y/X)が算出される。なお飽和水蒸気圧(X)は、上述のように温度センサ25の検出結果(インタークーラ24の出口付近における吸気温度)から所定のマップに基づいて求められ、水蒸気圧(Y)は上述した計算式に基づいて算出される。
In step S9, the saturated water vapor pressure (X) of the intake air near the outlet of the
次いでステップS12で、インタークーラ24を通過する吸気の流量(流速)に基づいて、インタークーラ24内に凝縮水の水滴が生成され始める相対湿度(Y/X)の限界値が設定される。この限界値は、上述のように図4に示すマップ等に基づいて設定される。
Next, in step S12, based on the flow rate (velocity) of the intake air passing through the
ここで、限界値は1.0よりも大きく、且つ、インタークーラ24を通過する吸気の流速が高くなるに伴って大きくなる値である。例えば、本実施形態では、限界値設定手段43が、インタークーラ24を通過する吸気の流量に応じて限界値を1.3〜1.4程度の値に設定している。
Here, the limit value is a value larger than 1.0 and increases as the flow velocity of the intake air passing through the
ステップS13では、相対湿度(Y/X)が、設定された限界値よりも小さいか否かが判定される。ここで、相対湿度が限界値に達している場合には(ステップS13:NO)、インタークーラ24内で凝縮水の水滴が生成されていると判断されて、低圧EGRガス量が減少するように低圧EGR弁36が制御される(ステップS14)。すなわち低圧EGR弁36を制御して相対湿度(Y/X)が限界値よりも小さくなるようにする。一方、相対湿度が限界値に達していない場合には(ステップS13:Yes)、インタークーラ24内で凝縮水の水滴が生成されていないと判断されて、低圧EGRガス量を変化させることなく、一連の凝縮水抑制制御を終了する。
In step S13, it is determined whether or not the relative humidity (Y / X) is smaller than a set limit value. Here, when the relative humidity has reached the limit value (step S13: NO), it is determined that water droplets of condensed water are generated in the
なお相対湿度が限界値に達していない場合には、必要に応じて、低圧EGR弁36の開度を制御して相対湿度が限界値を超えない程度に低圧EGRガス量を増加させるようにしてもよい。これにより、インタークーラでの凝縮水の生成をさらに効率的に抑制することができる。
If the relative humidity has not reached the limit value, the amount of the low pressure EGR gas is increased so that the relative humidity does not exceed the limit value by controlling the opening degree of the low
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能なものである。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this Embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the main point of invention.
例えば、上述の実施形態では、EGR流路を介してEGRガスを環流させるEGR装置を備えた構成を例示して本発明を説明したが、EGR装置は、必ずしも設けられていなくてもよい。その場合には、インタークーラの冷却効率を変化させることで、吸気の相対湿度が限界値を超えないようにすればよい。 For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying a configuration including an EGR device that circulates EGR gas through the EGR flow path. However, the EGR device is not necessarily provided. In that case, the relative humidity of the intake air may be prevented from exceeding the limit value by changing the cooling efficiency of the intercooler.
10 エンジンシステム
11 気筒
12 エンジン
13 吸気マニホールド
14 吸気管
15 排気マニホールド
16 排気管
17 インジェクタ
18 コモンレール
19 ターボチャージャ
20 エアクリーナ
21 第1のスロットルバルブ
22 湿度センサ
23 エアフローセンサ
24 インタークーラ
25 温度センサ
26 第2のスロットルバルブ
27 高圧EGR管
28 高圧EGRクーラ
29 高圧EGR弁
31 ブースト圧センサ
34 低圧EGR管
35 低圧EGRクーラ
36 低圧EGR弁
37 差圧センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記インタークーラ出口における吸気の水蒸気圧に基づいて当該吸気の相対湿度を算出する相対湿度算出手段と、
前記インタークーラを通過する吸気の流量に基づいて、当該インタークーラ内に凝縮水の液滴が生成され始める値である前記相対湿度の限界値を設定する限界値設定手段と、
前記相対湿度算出手段によって算出された相対湿度が前記限界値設定手段によって設定された相対湿度の限界値を超えないように前記インタークーラに吸気を流入させる吸気制御手段と、
を備え、
前記相対湿度の限界値は、1.0よりも大きく、且つ、前記インタークーラを通過する吸気の流量が増加するに伴って大きくなる値であることを特徴とするエンジンの制御装置。 An engine control device that controls an engine including an intercooler provided in an intake passage downstream of a supercharger that supercharges intake air,
Relative humidity calculating means for calculating the relative humidity of the intake air based on the water vapor pressure of the intake air at the intercooler outlet;
Limit value setting means for setting the limit value of the relative humidity, which is a value at which condensed water droplets start to be generated in the intercooler, based on the flow rate of the intake air passing through the intercooler;
An intake control means for causing intake air to flow into the intercooler so that the relative humidity calculated by the relative humidity calculation means does not exceed the limit value of the relative humidity set by the limit value setting means;
With
The engine control device according to claim 1, wherein the limit value of the relative humidity is greater than 1.0 and increases as the flow rate of the intake air passing through the intercooler increases.
前記吸気制御手段は、前記相対湿度が前記限界値を超えない程度に前記EGR流路から前記吸気通路に供給されるEGRガス量を変化させることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。 An EGR flow path connecting the exhaust passage downstream of the supercharger and the intake passage upstream of the supercharger;
2. The engine control according to claim 1, wherein the intake air control unit changes an amount of EGR gas supplied from the EGR flow path to the intake air passage so that the relative humidity does not exceed the limit value. apparatus.
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